建筑材料—电子教案(混凝土)

普通混凝土的组成材料

授课教师：张小龙

授课班级：11建筑

教学课题：

普通混凝土

课程导入：（1）回顾水泥的特性

（2）复习材料的分析方法和特性

教学目标：

（1）掌握混凝土的组成材料的特性。

（2）理解和掌握混凝土材料的优缺点。

（3）理解和掌握混凝土和易性的概念及影响和易性的因素。

（4）理解和掌握混凝土的强度及强度的表示方法。

（5）理解和掌握影响混凝土强度的因素。

（6）掌握混凝土的变形特性。

（7）理解和掌握混凝土的常用的外加剂及其使用。

（8）理解和掌握混凝土的配合比设计方法。

教学重点、难点：

重点：

（1）混凝土和易性的概念及影响和易性的因素。

（2）混凝土的强度及强度的表示方法。

（3）影响混凝土强度的因素。

（4）混凝土的常用的外加剂及其使用。

（5）混凝土的配合比设计方法。

难点：

（1）混凝土和易性的概念及影响和易性的因素。

（2）影响混凝土强度的因素。

（3）混凝土的配合比设计方法。

教学方法：讲授法、演示法、练习法、归纳法。教学内容及过程：

（见各小结教案）

作业、小结：

（见各小结教案）

建筑材料第五章混凝土

? 5.1 概述

? 5.2 普通混凝土的组成材料

? 5.3 混凝土拌合物的和易性

? 5.4 硬化混凝土的强度

? 5.5 混凝土的变形性能

? 5.6 混凝土的耐久性

? 5.7 混凝土的外加剂

? 5.8 普通混凝土的配合比设计

? 5.9 本章小结

? 5.10 复习思考题

5.1 概述

一、混凝土（ Concrete ）的含义

凡由胶凝材料（胶结料）、粗细骨料和水及其它材料，按适当的比例配合、拌合配制并硬化而成的具有所需的形体、强度和耐久性的人造石材，叫做砼，如水泥混凝土、沥青混凝土等。

即：胶凝材料＋粒状材料＋水＋其它外加材料（外加剂、混合材料）→ 硬化得人工石材

水泥砼（Cement Concrete）简称混凝土，是以水泥为胶凝材料，砂石为骨料拌制而成的混凝土，即：水泥＋砂＋石＋水＋外加剂（混合材料）→砼（混凝土）。

水泥混凝土是现代土木工程最主要的结构材料，本章主要介绍水泥混凝土。

二、混凝土的分类

最常用：普通水泥混凝土（Ordinary Cement Concrete）

（一）按表观密度分类

1.重混凝土：为了屏蔽各种射线的辐射，采用各种高密度骨料配制的混凝土，表观密度> 2800kg/m3。骨料为钢屑、重晶石、铁矿石等重骨料，水泥为钡水泥、锶水泥等重水泥。又称防辐射混凝土，用于核能工厂的屏障结构材料。

2.普通混凝土：表观密度 2000～2800kg/m3，骨料为天然砂、石，密度一般多在2500kg/m3左右，简称砼，用于各种建筑的承重结构材料。

3.轻混凝土：表观密度<1950kg/m3，骨料为多孔轻质骨料，或无砂的大孔混凝土或不采用骨料而掺入加气剂或泡沫剂形成的多孔结构混凝土。主要用作轻质结构（大跨度）材料和隔热保温材料。

（二）按用途分类

可分为结构砼（普通砼）、防水砼、耐热砼、耐酸砼、大体积砼、道路砼等。

（三）按所用胶凝材料分类

可分为水泥砼、石膏砼、沥青砼、聚合物砼、水玻璃混凝土等。

（四）按强度等级分

可分为低强度砼（fcu≤ 30MPa）、中强度砼（ fcu= 30 ～60MPa）、高强度砼（ fcu= 60～100MPa）；超高强度砼（ fcu＞ 100MPa）。

（五）按生产和施工方法分类

可分为普通浇筑砼、预拌砼、泵送砼、喷射砼、压力灌浆砼等。

三、混凝土的特点

（一）优点

1.原材料丰富，造价低廉；

2.砼拌和物具有良好的可塑性和浇注性，易加工成型；

3.可调整性强，可根据使用性能的要求与设计来配制相应的混凝土；

4.抗压强度高；

5.匹配性好，与钢筋及钢纤维等有牢固的粘结力；

6.耐久性良好；

7.耐火性好，维修费少；

8.生产能耗低。

（二）缺点

1.自重大，比强度小；

2.抗拉强度低；

3.变形能力差，易开裂；

4.导热系数大，保温隔热性能较差；

5.硬化较慢，生产周期长，

四、砼的发展趋向

1.高性能混凝土（HPC）

要求有高强度等级（fcu≥60Mpa）和良好的工作性、体积稳定性和耐久性。

发展途径：

（1）采用高性能的原料以及与之相适应的工艺；

（2）采用多元复合途径提高混凝土的综合性能。如掺入高效减水剂，缓凝剂、引气剂、硅灰、优质粉煤灰、稻壳灰及沸石粉等。

2.绿色高性能混凝土（GHPC）

从节约能源、资源，减少工业废料排放和保护自然环境角度考虑，要求混凝土及其原材料的开发、生产、建筑施工作业等既能满足建设需要，又不危及后代人的延续生存环境。

3.其它新技术混凝土

灭菌、环境调节、变色、智能混凝土等。

5.2 普通混凝土的组成材料

普通混凝土组成材料是水泥、天然砂、石、水、掺合剂和外加剂。

其组成过程为：水＋水泥→水泥浆＋砂→水泥砂浆＋粗骨料→砼

各成分的作用：

1.水泥浆能充填砂的空隙，起润滑作用，赋予混凝土拌合物一定的流动性。

2.水泥砂浆能充填石子的空隙，起润滑作用，也能流动。

3.水泥浆在砼硬化后起胶结作用，将砂石胶结成整体，产生强度，成为坚硬的水泥石。

由上可知，在混凝土硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予混凝土拌合物一定的流动，便于施工。水泥浆硬化后起胶结作用，将砂石骨料胶结成整体，产生强度，成为坚硬的水泥石。

图5.2.1 硬化混凝土的结构

一、水泥（Cement）

1.水泥品种的选择

水泥品种应根据工程性质及特点、工程所处环境及施工条件，依据各种水泥的特性，合理选择。常用水泥品种的选用见通用水泥的选用。

2.水泥强度等级的选择

选用原则：选择与砼的设计强度等级相适应的水泥标号。

二、骨料（Aggregate）

细骨料（Fine aggregate）：粒径为0.15 ～ 4.75mm

粗骨料（Coarse-aggregate）：粒径> 4.75mm

通常细、粗骨料的总体积占砼总体积的70%～80%。

骨料性能要求：有害杂质含量少；具有良好的颗粒形状，适宜的颗粒级配和细度，表面粗糙，与水泥粘结牢固；性能稳定，坚固耐久。

（一）细骨料（砂）

（1）种类及特性

河砂：洁净、质地坚硬，为配制混凝土的理想材料；

海砂：质地坚硬，但夹有贝壳碎片及可溶性盐类

山砂：含有粘土及有机杂质，坚固性差；

人工砂：富有棱角，比较洁净，但细粉、片状颗较多，成本高。

（2）砼用砂质量要求

一般要求：质地坚实、清洁、有害杂质含量少。

①含泥量、石粉含量和泥块含量

天然砂含泥量和泥块含量及人工砂石粉含量和泥块含量应分别符合表5.2.1和表5.2.2的规定。

表5.2.1 天然砂含泥量和泥块含量

表5.2.2 人工砂石粉含量和泥块含量

②有害物质含量

砂中不应混有草根、树叶、树枝塑料等杂物，如含有云母、有机物及硫酸盐等，其含量应符合表5.2.3的规定。

表5.2.3 砂中有害物质含量

有害物质产生危害的原因：

①泥块阻碍水泥浆与砂粒结合，使强度降低；含泥量过大，会增加混凝土用水量，从而增大混凝土收缩；

②云母表面光滑，为层状、片状物质，与水泥浆粘结力差，易风化，影响混凝土强度及耐久性；

③泥块阻碍水泥浆与砂粒结合，使强度降低；

④硫化物及硫酸盐：对水泥起腐蚀作用，降低混凝土的耐久性；

⑤有机质可腐蚀水泥，影响水泥的水化和硬化。氯盐会腐蚀钢筋。

（3）砂的粗细程度（Mx）及颗粒级配

砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒，混合在一起后的总体砂的粗细程度。通常分为粗砂、中砂、细砂等几种。在相同砂用量条件峡，粗砂的总表面积比细砂小，则所需要包裹砂粒表面的水泥浆少。因此，用粗砂配制混凝土比用细砂所用水泥量要省。

砂的颗粒级配是指不同粒径砂颗粒的分布情况。在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，为节省水泥和提高混凝土的强度，就应尽量减少砂粒之间的空隙。要减少砂粒之间的空隙,就必须有大小不同的颗粒合理搭配。如图5.2.2。

图5.2.2 骨料的颗粒级配

砂的粗细程度及颗粒级配,常用筛分析的方法进行测定。砂的粗细程度用细度模数表示，颗粒级配用级配区表示。

筛分析：用一套方孔孔径为9.50mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm 的七个标准筛，将500g干砂试样由粗到细依次过筛，然后称量余留在各筛上的砂量，并计算出各筛上的分计筛余百分率（各筛上的筛余量占砂子总量的百分率）a1、 a2、 a3、 a4、 a5、a6及累计筛余百分率（各筛和比该筛粗的所有分计筛余百分率之和） A1、 A2、 A3、 A4、 A5、A6计算而得，即 A i=a1+a2+···+a i

如：对于2.36mm孔径，其分计筛余百分率为a2，累计筛余百分率为（a1+a2）。

其中a1=m1/500，a2=m2/500，a3=m3/500，以此类推。m1，m2，m3等分别为对应各筛的筛余量。分计筛余百分率与累计筛余百分率的关系见表5.2.4。

表5.2.4 分计筛余百分率与累计筛余百分率的关系

其中0.6mm为控制粒径，它使任一砂样只能处于某一级配区内，不会同时属于两个级配区。

①砂的粗细程度（Coarseness）

砂的粗细程度用细度模数（Fineness Modulus）（Mx）表示。

细度模数（Mx）通过累计筛余百分率（Cumulative percentage retained）计算而得。

按M x 将砂分为：

粗砂： Mx=3.7～3.1；中砂：Mx = 3.0～2.3；

细砂： Mx = 2.2～1.6；特细砂：Mx = 1.5～0.7

普通砼用砂得细度模数： Mx = 3.7～1.6

②砂的颗粒级配（Gradation）

砂的颗粒级配：骨料各级粒径颗粒的分布情况，以级配区或筛分曲线判定砂级配的合格性。

a) 级配区

砂按0.6mm孔径筛的累计筛余百分率，划分成三个级配区即Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区，如表5.2.5。普通砼用砂的颗粒级配应处于任何一个区内，否则不合格。

表5.2.5 砂的颗粒级配区

b)筛分曲线

以累计筛余百分率为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标，作出三个级配区的筛分曲线。观察

所计算的砂的筛分曲线是否完全落在三个级配区的任一区内，即可判断该砂级配的合格性。

图5.2.3 筛分曲线 （4）砂的选用原则

一般配制砼时，宜优先选用Ⅱ区砂。

若选用Ⅰ区砂，应该适当提高砂率，保证水泥用量。 若选用Ⅲ区砂，应该适当降低砂率，保证强度。

若某一地区砂料过细，可采用人工级配。

图6.2.3和图6.2.4均为级配较差的砂。

图5.2.3 级配较差的砂

图5.2.4 级配较差的砂

500g，按规定步骤进行了筛分，称得各筛号上的筛余量如下表。

求：（1）该砂的细度模数；（2）判断该砂的级配合格否？

（3）绘制筛分曲线图。

解：（1）求分计筛余百分率

（2）求累计筛余百分率A

（3）计算砂的细度模数

（4）判断：用各筛号的A值与表6.5对比，该砂的累计筛余百分率落在Ⅱ区，该砂级配合格。

因Mx = 2.67，所以是中砂

（5）绘制筛分曲线图(如图5.2.4)。

图5.2.4 筛分曲线

（二）粗骨料

粗骨料为粒径＞4.75mm的岩石颗粒分为卵石和碎石两类。

卵石（砾石）包括河卵石、海卵石和山卵石等，其中河卵石应用较多。碎石大多由天然岩石径破碎筛分而成。碎石和卵石按技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类三种类别。Ⅰ类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类宜用于强度等级为C30～C60及抗冻、抗渗或其它要求的混凝土；Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土。

（1）质量及技术要求

a）含泥量及泥块含量，其含量应分别符合表5.2.6的规定。

b）有害物质含量，其含量应分别符合表5.2.7的规定。

表5.2.6 卵石、碎石含泥量和泥块含量

表6.2.7 卵石、碎石中有害物质含量

（2）强度

碎石强度采用岩石立方体抗压强度和碎石的压碎指标两种方法检验。

① 岩石立方体抗压强度检验，是将碎石的母岩制成直径余高均为50mm的圆柱体或边长为50mm的立方体，在水饱和状态峡，测定其极限抗压强度值。一般要求碎石母岩岩石的抗压强度不小于混凝土抗压强度的1.5倍，还要考虑母岩的风化程度。

②压碎指标(Aggregate crusing value)是指将一定质量气干状态的9.0～9.5mm的石子，按一定的方法装入压碎指标值测定仪（内径152mm的圆筒）内，上面加压头后放在试验机上，在3～5min内均匀加荷到200KN，卸荷后称取试样质量（G0 ),再用孔径为2.36mm的筛进行筛分，称取试样的筛余量（G1）,压碎指标Qc 如下计算：

（3）颗粒形状及表面特征

粗骨料比较理想的颗粒形状为三维长度相等或相近的立方体或球形颗粒而三维长度相差较大的针、片状颗粒粒形较差。颗粒长度大于平均粒径2.4倍为针状颗粒，颗粒厚度小于平均粒径0.4倍的为片状颗粒。平均粒径为一个粒级的骨料其上、下限粒径的算术平均值。

骨料表面的粗糙程度及孔隙特征影响混凝土的强度。

卵石：光滑少棱角，孔隙率及总表面积小，工作性好，水泥用量少，但粘结力差，强度低。

碎石：多棱角，孔隙率及总表面积大，工作性差，水泥用量多，但粘结力强，强度高。在相同条件下，碎石混凝土比卵石混凝土的强度约高10％左右。

（4）最大粒径和颗粒级配

① 最大粒径

粗骨料公称粒级的上限称该粒级的最大粒径。

最大粒径的选用原则：质量相同的石子，粒径越大，总表面积越小，越节约水泥，故尽量选用大粒径石子。同时应综合考虑以下几点：

a.结构上考虑：建筑构件的截面尺寸及配筋疏密

钢筋砼：粗骨料最大粒径 <1/4结构截面最小尺寸且<3/4钢筋间最小净距；

砼实心板：粗骨料最大粒径不宜超过/2板厚且不超过50mm；

b.从施工方面考虑：根据搅拌、运输、振捣方式，选择合适的粒径。对泵送混凝土，碎石最大粒径与输送管内径之比，宜小于或等于1：3，卵石宜小于或等于1：2.5；

c.从经济上考虑：粒径越大，水泥用量越小

当最大粒径小于80mm时，节约效果显著，粒径再大，节约效果不明显。故一般取粒径小于80mm。

② 颗粒级配

良好的级配可减小孔隙率，节约水泥，提高密实度及良好的工作性。

粗骨料的级配也是1通过筛分试验来确定，其方孔标准筛为孔径2.36、4.75、9.50、16、19、26.5、31.5、37.5、53.0、63.0、75.0及90mm共12个筛孔。普通混凝土用卵石及碎石的颗粒级配应符合国家标准的规定。

粗骨料的级配有连续级配和间断级配两种。

a）连续级配：石子颗粒尺寸由小到大连续分级，每级骨料都占有一定比例，如天然卵石。通常工程中多采用连续级配的石子。

b）间断级配：人为剔除某些中间粒级颗粒，用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相配，颗粒级差大，空隙率的降低比连续继配快得多，可最大限度地发挥骨料的骨架作用，减少水泥用量。但混凝土拌和物易产生离析现象，工程应用较少。

c）单粒级：预先分级筛分的粗骨料，用来改善骨料级配或配成较大粒度的连续粒级。

应用：分别堆放，需要时按要求的比例配合。

思考题：

1.混凝土的组成材料有哪几种？在混凝土凝固硬化前各起什么作用？

2.何谓骨料级配？骨料级配良好的标准是什么？

三、砼拌合及养护用水

1.宜采用水：饮用水

2.不宜采用水：海水、生活污水

3.需检验方可使用水：地表水和地下水,须按有关《规范》检验合格后才能使用。